Устройство для возведения в степень сигнала электрического тока

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ В СТЕПЕНЬ СИГНАЛА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, содержащее симметричньй контур из двух ветвей, каждая из которых состоит из К последовательно соединенных диодов, первые выводы ветвей подключены к выходу источника напряжения, меаду вторым выводом первой ветви и пмной нулевого потенциа ла включен первьй генератор опорного тока, второй вывод второй ветви является входом устройства, 6 т л ичающёеся тем, что, с целью получения произвольного как целого, так и дробного показателя степени и упрощения устройства, в него введены второй генератор опорного тока, операционный усилитель, два нелинейных элемента-транзистора, третья и четвертая ветви, каждая из которых состоитИЗ i последовательно соединенных диодов, причем первые вьгооды третьей и четвертой ветвей подключены к эмитерам первого и второго транзисторов, базы которых подключены к вторым выводам соответственно первой и второй ветвей, VC-1 ключей напряжения, включенных между одноименными вьшодами соответствукицкх диодов первой и второй ветвей, 6. ключей напряжения, включенных между одноименными каводами соответствующих диодов третьей и четвертой ветвей,выход второго генератора опорного ток подключен к инвёртирукяцему входу операционного усилителя и коллектору второго транзистора, выход операционного усилителя подюиочен к вторым выводам третьей и четвертсий ветвей , коллектор первого транзистора является выходом устройства.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

Ос9 (11) 3 511 G 06 G 7/20

ОПИСЛНИК ИЗОБРКТКНИЯ "

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3502823/18-24 (22) 22.10.82 (46) 30.08.84. Бюл. М 32 (72) В,.В. Александров и В.В. Санин. (53) 681.335 (088.8) (56) 1. Патент США У 4081696, кл. 307-229, опублик. 1972.

2. Патент Великобритании

И 1472206, кл. С 4 G 2 Е1, опублик.

1977 (прототип).. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИИ

В СТЕПЕНЬ СИГНАЛА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ТОКА, содержащее симметричный контур иэ двух ветвей, кажцая из которых состоит из К последовательно соединенных диодов, первые выводы ветвей подключены к выходу источника напряжения, Межцу вторым. выводом нервой ветви и шиной нулевого потенциа,ла включен первый генератор опорного тока, второй вывод второй ветви является входом устройства, 0 т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью получения произвольного как целого, так и дробного показателя степени и упрощения устройства, в него введены второй генератор опорного тока, операционный усилитель, два нелинейных элемента-транзистора, третья и четвертая ветви, каждая иэ которых состоит иэ Е последовательно соединенных диодов, причем первые выводы третьей и четвертой ветвей подключены к эмитерам первого и второго транзисторов, базы которых подключены к вторым выводам соответственно первой и второй ветвей, К-1 ключей напряжения, включенных между одноименными выводами соответствующнх диодов первой и второй ветвей, ключей напряжения, включенных мезду д одноименными выводами соответствующих Е диодов третьей и четвертой ветвей,вы-ход второго генератора опорного токподключен к инвертирующему входу операционного усилителя и коллектору второго транзистора, выход операционного усилителя подключен к вторым выводам .третьей и четвертой ветвей, коллектор первого транзистора является выходом устройства.

1 1111

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть. использовано в устройствах для нелинейной обработки сигналов.

Известны устройства для возведе5 ния сигнала электрического тока в квадрат и извлечения квадратного корня, использующие нелинейную зависимость тока через рп -переход от приложенного к нему напряжения, содержащие замкнутый контур из последовательно соединенных р -переходов диодов и транзисторов,.по одной части которого протекает входной ток, а в другой части включен

15 транзистор, коллекторный ток. которо, го оказывается равным входному току, возведенному в квадрат, или корню квадратному из величины входного тока И 1..

Недостатком этих устройств является невозможность работы с показателем степени, большим двух.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для возведения в степень сигнала электрического тока, содержащее симметричный контур из двух ветвей, каждая из которых состоит из К последовательно соединенных

30 диодов, первые выводы ветвей подключены к выходу источника напряжения, между вторым выводом первой ветви и шиной нулевого потенциала включен первый генератор опорного тока, второй вывод второй ветви является входом устройства Г2 .

Недостатком данного устройства является необходимость значительного изменения его схемы для разных значений показателя степени при переходе от операции возведения в степень к операции извлечения корня степени и наоборот, что исключает возможность программирования вида производимой операции и значения показателя степени, т.е. делает схему устройства узкоспециализированной.

Кроме того, недостатком. устройства является необходимость иметь в нем наличие генераторов стабильных токов, количество которых пропорционально показателю степени, что значительно увеличивает сложность .и энергопотребление устройства.

Целью изобретения является получение произвольного как целого, так и дробного показателя степени и упрощение устройства.

180 2

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для возведения в степень сигнала электрического тока, содержащее симметричный контур из двух ветвей, каждая из которых состоит из К последовательно соединенных диодов, первые выводы ветвей подключены к выходу источника напряжения, между вторым выводом первой ветви и шиной нулевого потенциала включен первый генератор опор ного тока, второй вывод второй ветви является входом устройства, введены второй генератор опорного тока, операционный усилитель, два нелинейных элемента-транзистора, третья и четвертая ветви, каждая из которых состоит из последовательно соеди ненных диодов, причем первые выводы третьей и четвертой ветвей подключены к эмиттерам первого и второго транзисторов, базы которых подключены к вторым выводам соответственно первой и второй ветвей, К- 1 ключей напряжения, включенных между одноименными выводами соответствующих диодов первой и второй ветвей, ключей напряжения, включенных между одноименными выводами соответствующих диодов третьей и четвертой ветвей, выход второго генератора опорного тока подключен, к инвертирующему входу операционного усилителя и коллектору второго транзистора, выход операционного усилителя подключен к вторым выводам третьей и четвертой ветвей, коллектор первого транзистора является выходом устройства.

На чертеже приведена электрическая схема устройства для возведения в степень сигнала электрического тока.

Устройство содержит источник напряжения 1, четыре ветви 2,3,4 и 5, операционный усилитель 6, первый 7 и второй 8 генераторы опорных токов, первый и второй нелинейные элементы 9 и 10 в виде транзисторов, -1 ключей напряжения 11,... 11„, ключей напряжения 12,..., 12

Входной ток 1 „ .совпадает по направлению с током ъ генератора опорного. тока 8. Условие баланса мостовой схемы, образованной четырьмя, ветвями 2,3, 4 и 5 устройства, обеспечивается действием обратной связи через усилитель 6, при этом коллекторный ток транзистора 9 третьей ветви устанавливается равным току второго генератора

1111180 4

Промежуточные значения показателя

I степени возведения М и степени извлекаемого корня ц могут быть получены равными натуральнсму ряду чис ел:

М=. 1, 2у ° ° °, 1 и = 1, 2, ..., ц (2) (4) 3 ойорного тока 1. Выходной то* является коллекторным током тран.зистора четвертой ветви 10, Математический анализ работы устройства производится с учетом следующих допущений; входной ток операционного усилителя 6 пренебрежи» мо мал в сравнении с током ; базовые токи транзисторов ветвей 4 и . ° 5 пренебрежимо малы в сравнении с токами, протекающими по ветвям, 4л-переходы, входящие в состав ветвей, попарно относительно оси симметрии мостовой схемы имеют иден- . тичные значения Т и ъв где Т абсолютная температура перехода, 1ь - ток насыщения обратно смещенного рп -перехода.

На основании изложенных допущений условие баланса мостовой схемы для случая разомкнутого состояния всех ключей напряжения записывается в виде

+> (ви1 g.k<»». (%91 () 3 14 Ч 25 где. К вЂ” постоянная Больцмана, ф - заряд электрона.

Следовательно, значение выходного тока согласно (1) равно

Анализ выражений (1) и (2) дает следующие частные случаи работы устройства.

При замыкании ключа .напряжения

11, и разомкнутом состоянии всех ключей напряжения 12 „, ..., 12 значение д оказывается равным единице и выходной ток схемы при, этом равен

»в»»»»», »З» т.е. устройство извлекает корень степени Я 1 из значения ъв,причем состояние остальных ключей напряже- 45 ния может быть произвольным, При замыкании ключа напряжения

12 и разомкнутом состоянии всех ключей напряжения 114. .. 11 .4 значение Я) оказывается равным единице и выходной ток схемы при этом равен

Лвх " . выл

В т.е. устройство возводит значе- 55 ние 1,в„. в степень K. пРичем состояние ключей напряжения 12 ...,12 может быть произвольным.

1 путем замыкания .соответствующих ключей напряжения 11„, ° ...11 и

12„,...,12 при соблюдении следующих правил программирования работы устройства: правило 1 — ключи напряжения 11, расположенные ниже (по чертежу) ключа напряжения 111 соответствующего программируемому значению М должны быть разомкнуты, правило 2 — ключи напряжения 12, расположенные выше (по чертежу) ключа напряжения 124, соответствующето программируемому значению N, должны быть разомкнуты, правило 3 — состояние неоговоренных в пр авилах 1 и 2. ключей н апряжения 11 и 12 может быть произвольным.!

Такое построение устройства значительно расширяет его функциональные возможности как по виду производимой над входным током операции возведения в степень или извлечения корня степени, так и в части значения показателя степени. Появляется принципиально новая возможность программировать одно и то же устройство на оба вида степенной зависимости и на разные значения показателей степени,- которые могут принимать как целочисленные, так и дробные значения ° Уменьшается до двух число необходимых для работы схемы генераторов стабильных токов, их число не зависит от значения показателя степени, что значительно упрощает схему устройства в целом и сни» жает энергопотребление устройства.:

Схема устройства высокотехнологична с точки зрения ее реализации в виде монолитной интегральной схемы, при такой реализации погрешность воспроизведения степенной зависимости в диапазоне изменения входного и выходного токов 60 дБ не .превышает 5Х при значении показателя степени до 4, передаточная характеристика схемы имеет высокую темпераТурную стабиль, ность.

Составитель Н. Зайцев

Техред Т,Лубннчак КорректоР М. Шароши

Редактор А. Гулько

Тираж б98 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открьггий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6312/40

Филиал ПЛП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4